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江苏激光产业创新联盟|《ACTA》开发出低成本、高强度、高延伸率含碳奥氏体-马氏体时效钢

_本文原题为：《ACTA》开发出低成本、高强度、高延伸率含碳奥氏体-马氏体时效钢
以下文章来源于材料学网 ， 作者材料学网 ， 江苏激光联盟转载
江苏激光联盟导读：本文提出一种基于碳化物析出的新型马氏体时效钢 。 并设计了两种合金 ， 即Fe-10Mn-0.25C-2Cr-1Mowt％（2CrMo）和Fe-10Mn-0.25C-1Cr-2Mowt％（Cr2Mo）以实现超高强度和高延伸率 。 合金是通过一般熔炼 ， 铸造和热加工工艺制造的 。 两种合金通过富铬和富钼的碳化物和富锰的回复奥氏体的同时析出而改善性能 。 观察到的微观结构主要由微米级和纳米级Mn偏析主导 ， 这些偏析决定了局部的Ac3温度 。 两种合金均发生奥氏体回复 ， 两种情况均在16h达到峰值 。 时效16小时后获得的复杂的微观结构使强度达到了1.3GPa ， 伸长率达到了18％ 。 高强度高延伸率主要是由于略微过时效但仍然较强的马氏体和30％的奥氏体相结合提高了加工硬化和延伸率 。
在汽车领域 ， 特别是对于轻量化而言 ， 开发具有1GPa以上的极限拉伸强度和15-20％的拉伸伸长率的廉价钢是至关重要的要求 。 最初的高强度钢是1950年代后期开发的镍马氏体时效钢 ， 其基本原理是使用替代元素在低碳铁镍马氏体基体中进行时效硬化 ， 并在时效过程中形成大量的细金属间析出物 。 为了降低成本 ， Goldstein等人在1960年使用Mn作为替代奥氏体稳定剂 ， 并报道了通过奥氏体向马氏体的相变诱导塑性（TRIP）机理获得的优异韧性 。 这导致对提高性能的含锰TRIP钢的大量研究 。 最近 ， Raabe及其同事报道了无碳和9-15％Mn的马氏体时效钢表现出1-1.5GPa的极好拉伸强度 ， 总拉伸伸长率为15-20％ 。 这些性质归因于在时效热处理过程中非常细的纳米级金属间化合物的析出 。
大量学者对TRIP钢进行了广泛的研究 ， 其显微组织由至少5％的残留奥氏体嵌入贝氏体 ， 马氏体和铁素体基体 。 在TRIP钢的塑性变形过程中 ， 奥氏体转变为马氏体 ， 从而显着增强了材料性能并导致硬化 。 TRIP钢的初始加工硬化率低于双相（DP）钢 ， 但是在较高的应变下 ， DP钢的加工硬化开始减少时 ， 硬化率仍然存在 。
基于此 ， 英国谢菲尔德大学、伯明翰大学、剑桥大学联合报告了一种低成本 ， 高延展性 ， 高强度的含碳奥氏体-马氏体钢的新颖设计方法 。 其极限抗拉强度高达1.3GPa ， 拉伸伸长率达到15-18％ ， 这归功于热处理过程中的碳化物沉淀以及奥氏体的TRIP效应 。 两种钢均基于10％的Mn ， 并少量添加C ， Cr和Mo形成纳米析出 。 合金之间的主要区别是Cr和Mo含量 。 这将使它们所含的奥氏体含量有所不同（Cr含量的增加和Mo含量的降低会导致铁素体和奥氏体之间的平衡转变温度升高）以及相沉淀动力学的变化 。 相关研究结果以题“Effectofageingonthemicrostructuralevolutioninanewdesignofmaragingsteelswithcarbon”发表在ActaMaterialia上 。
这种新的合金设计理念表明可以掩盖无碳马氏体时效钢和超高强度钢中存在的一个主要矛盾问题：促进纳米级同时析出 ， 以实现高强度；并还原至少30％的奥氏体以提高延展性 。 这些性能是通过添加Mn ， Cr ， Mo和C的最佳组合来实现的 ， 这使得相变行为相互依存 ， 最佳的显微组织包括具有大量碳化物析出的马氏体和奥氏体 ， 该回复奥氏体表现出广泛的TRIP效应 ， 这对于获得高强度和延展性的组合是非常重要的 。
江苏激光产业创新联盟|《ACTA》开发出低成本、高强度、高延伸率含碳奥氏体-马氏体时效钢
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图2应用于合金的形变热处理示意图 。
江苏激光产业创新联盟|《ACTA》开发出低成本、高强度、高延伸率含碳奥氏体-马氏体时效钢
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图3合金510℃时效不同时间的应力应变曲线 ， （a）2CrMo的拉伸曲线；（b）Cr2Mo的拉伸曲线；（c）2CrMo的加工硬化率曲线；（d）Cr2Mo的加工硬化率曲线 。


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